[发明专利]聚吡咯复合五氧化二钒电极材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种聚吡咯复合五氧化二钒电极材料的制备方法及其应用。以五氧化二钒粉体和双氧水为原料，采用溶胶凝胶法结合真空冷冻干燥技术制备五氧化二钒前驱体；将五氧化二钒前驱体与吡咯单体复合，以氯化铁为氧化剂，对苯甲磺酸为掺杂剂，制备聚吡咯复合五氧化二钒电极材料。该聚吡咯复合五氧化二钒电极材料应用于制备钠离子电池。本发明方法产率高、制备条件易于控制，制备的聚吡咯复合五氧化二钒电极材料作为钠离子电池正极材料极化较小且具有优异的倍率性能。

技术领域

本发明属于钠离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种聚吡咯复合五氧化二钒电极材料的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池是目前应用最为广泛的一种储能器件，但锂的储量有限并且分布不均，这将成为制约锂离子电池发展的瓶颈问题。相比锂资源而言，钠储量丰富且分布广泛、成本低廉，钠与锂具有相似的物化性质，钠离子电池已被公认为是替代锂离子电池的首选之一。然而，钠离子半径大于锂离子半径，这使得钠离子在电极材料中的嵌入和脱出更为困难。因此，设计开发适合钠离子可逆嵌入和脱出的高性能电极材料是钠离子电池发展的关键。具有双层结构的五氧化二钒因具有250 mAh/g的高理论比容量，被认为是一种非常有应用前景的钠离子电池正极材料。但因五氧化二钒导电性较差，另外钠离子半径较大，在五氧化二钒层间的扩散阻力大，循环过程中五氧化二钒层状结构容易坍塌进而导致材料失去活性。聚吡咯（PPy）有较好的导电性，良好的化学稳定性以及容易合成等优点，将PPy与V₂O₅复合不仅可以提高材料的导电性，降低离子传输的阻力，而且还可以防止材料的粉化和团聚从而改善电化学性能。

本发明申请提出一种将适量的PPy与V₂O₅复合的方法改善V₂O₅作为钠离子电池正极材料的电化学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚吡咯复合五氧化二钒电极材料的制备方法及其应用。

制备聚吡咯复合五氧化二钒电极材料的具体步骤为：

(1) 将0.0014 mol五氧化二钒粉体与3.85 mL去离子水混合，在搅拌的条件下按照五氧化二钒与H₂O₂的摩尔比为1:8的比例向混合物中滴加质量百分比浓度为30%的双氧水，滴加完成后继续搅拌15分钟，然后加入去离子水将混合溶液中五氧化二钒的浓度稀释至0.056 mol/L，最后将混合溶液转移至超声波清洗仪中继续超声90分钟，室温下静置陈化3天，得到红棕色的五氧化二钒凝胶。

(2) 向步骤(1)制得的五氧化二钒凝胶中加入蒸馏水将五氧化二钒的浓度稀释至0.028 mol/L，然后搅拌6小时，制得均一透明的五氧化二钒溶胶。

(3) 将步骤(2)制得的五氧化二钒溶胶在冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出，制得五氧化二钒前驱体。

(4) 将步骤(3)制得的五氧化二钒前驱体置于马弗炉中在空气气氛下升温至200~300 ℃，升温速度为1 ℃/分钟，并在200~300 ℃保温2小时，然后随炉冷却后，制得五氧化二钒电极材料。

(5) 将步骤(3)制得的五氧化二钒前驱体或步骤(4)制得的五氧化二钒电极材料与20 mL浓度为0.135 mol/L的氯化铁溶液混合，并加入2~4滴对苯甲磺酸搅拌均匀，然后在冰浴和氩气保护的条件下加入0.05 mL吡咯单体，反应12小时，得到黑色沉淀。

(6) 将步骤(5)所得的黑色沉淀用蒸馏水离心至上清液无色且中性后将沉淀移至冰箱中冷冻24小时后转移至冷冻干燥机中干燥至恒重后取出，即制得聚吡咯复合五氧化二钒电极材料。

本发明的聚吡咯复合五氧化二钒电极材料应用于制备钠离子电池。